海水纳滤软化过程中膜性能演变机制研究

论文摘要

纳滤膜对二价离子的截留能力优越,能有效去除海水中的钙、镁、硫酸根,有降低结垢的趋势,可作为海水淡化的预处理。但是,在实际的工程应用中,纳滤膜的筛选主要还是依靠经验和尝试,对不同的纳滤膜缺乏较为系统的比较和研究,工程设计中的实验和理论基础还比较薄弱;而且,目前的工程应用较多关注出水水质的达标问题,往往忽略海水中的无机离子和有机物对膜结构和性能的影响,而海水对膜的侵蚀作用无疑将严重降低纳滤膜工程应用的经济性。本文针对海水体系的实际特点,对几种纳滤膜进行了筛选;并在海水纳滤软化流程试验的基础上,针对料液与膜体间相互作用机制展开了相应的研究,以期为实际的海水纳滤软化工程设计和运行提供基础实验和理论参考。采用三种纳滤膜针对海水体系和人工海水体系的软化性能及膜污染进行研究。首先对青岛近海海水分别进行全回流和浓缩实验研究,在全回流试验中,三种荷负电纳滤膜对硫酸根有很高的截留率,当压力高于2.0MPa时,硫酸根的截留率几乎为100%。借助红外光谱、扫描电镜和X射线能谱综合分析考察膜污染机制,研究发现,钙离子主要与硫酸根生成硫酸钙晶体,海水中有机物与钙离子少有络合作用发生,且与镁离子的络合作用同样甚微。在海水浓缩实验中,浓缩过程中浓缩液浊度的变化与理论模型的计算结果相吻合。在海水软化实验的基础上,进行了人工海水纳滤软化实验。在无机人工海水实验中,考察了压力对膜通量影响。在有机人工海水实验中,采用两种浓度的腐植酸溶液代表海水中有机物进行研究,腐植酸浓度越高,通量衰减程度越明显,这是由于有机物在膜面的沉积导致部分膜孔被吸附堵塞,最终导致膜污染加剧,通量降低。为了考察人工海水中有机物与二价阳离子的络合作用,采用扫描电镜与X射线能谱联用技术及红外光谱对污染膜进行分析,在料液中腐植酸浓度较低的情况下,海水中二价阳离子与腐植酸的作用甚微;当腐植酸浓度增大时,吸附在膜面上的腐植酸污染物中,几乎没有以分子态沉积的腐植酸,大部分腐植酸与人工海水中二价阳离子发生络合作用沉积在膜面上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 文献综述
• 1.1 膜及膜分离技术
• 1.1.1 膜定义及特点
• 1.1.2 膜分离技术简介
• 1.2 纳滤技术和纳滤膜发展概述
• 1.2.1 纳滤膜的定义和特点
• 1.2.2 纳滤膜的材料
• 1.2.3 国内外纳滤技术的发展概况
• 1.3 纳滤膜的应用
• 1.3.1 给水生产
• 1.3.2 工业废水处理
• 1.4 纳滤过程的膜污染
• 1.4.1 浓差极化与膜污染
• 1.4.2 纳滤膜污染机理
• 1.4.3 膜污染程度的表征
• 1.4.4 影响膜污染的因素
• 1.5 纳滤膜污染的防治技术
• 1.5.1 料液预处理
• 1.5.2 膜材料表面改性
• 1.5.3 优化操作策略
• 1.5.4 清洗技术与方法
• 1.6 课题研究意义
• 1.7 本文主要工作内容
• 2 实验装置与分析方法
• 2.1 纳滤实验部分
• 2.1.1 纳滤实验装置及流程
• 2.1.2 纳滤膜
• 2.2 实验分析方法
• 2.2.1 无机物浓度分析方法
• 2.2.2 有机物浓度分析
• 2.2.3 其它水质指标的测定
• 2.3 本章小结
• 3 纳滤处理海水实验
• 3.1 全回流海水软化实验研究
• 3.1.1 膜纯水通量及纯水渗透系数
• 3.1.2 操作条件对纳滤膜运行性能的影响
• 3.1.3 纳滤膜运行性能随操作时间的变化
• 3.1.4 膜表面扫描电镜和红外光谱分析结果
• 3.2 浓缩海水软化实验研究
• 3.2.1 纳滤膜运行性能随操作时间的变化
• 3.3 本章小结
• 4 纳滤处理人工海水实验
• 4.1 人工海水水质主要成分的选定及配制
• 4.1.1 无机人工海水的配置
• 4.1.2 含有机物人工海水的配置
• 4.2 实验结果与讨论
• 4.2.1 纳滤处理无机人工海水实验
• 4.2.2 纳滤处理有机人工海水实验
• 4.2.3 膜表面扫描电镜、X 射线能谱和红外光谱分析结果
• 4.3 本章小结
• 5 总结
• 参考文献
• 硕士期间已发表的论文
• 致谢